【正文】 泵效率，功率消耗降低量超過(guò)87％，若將水泵轉(zhuǎn)速提高至最大值時(shí)，可降低散熱器尺寸超過(guò)27％，對(duì)提升發(fā)動(dòng)機(jī)性能和燃料經(jīng)濟(jì)性潛力很大[3]。另外，智能節(jié)溫器對(duì)冷卻液的良好控制允許冷卻系統(tǒng)有較高的出水溫度。Elena Cortona等人開(kāi)發(fā)出的電動(dòng)冷卻系統(tǒng)中[2]，除了用電動(dòng)冷卻水泵取代傳統(tǒng)機(jī)械冷卻水泵，同時(shí)還用電控智能節(jié)溫器取代傳統(tǒng)的節(jié)溫器，并開(kāi)發(fā)出與這些電動(dòng)部件相應(yīng)的優(yōu)化控制策略。此外，這些部件耗功嚴(yán)重，比如風(fēng)扇消耗的功率可以達(dá)到發(fā)動(dòng)機(jī)總功率輸出的10％。但隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，電控零部件技術(shù)成熟，冷卻系統(tǒng)的智能化和自動(dòng)化成為可能。 現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)和國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀最近幾年，冷卻系統(tǒng)技術(shù)革新更是日新月異，新冷卻理論、新材料、新工藝、新控制方式的應(yīng)用，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的冷卻效率不斷提高，冷卻效果與實(shí)際效果更加匹配。發(fā)動(dòng)機(jī)的工作溫度更加穩(wěn)定、可靠，預(yù)熱時(shí)間明顯縮短，風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間也減少，燃油消耗率降低，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。發(fā)動(dòng)機(jī)暖機(jī)時(shí)間可減少到200s，冷卻系統(tǒng)工作范圍更貼近工作極限區(qū)域，能夠縮小發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻溫度和金屬溫度的波動(dòng)范圍，減少循環(huán)熱負(fù)荷造成的金屬疲勞，延長(zhǎng)部件壽命。2℃范圍。智能控制式裝置中，如電動(dòng)水泵，可將冷卻系溫度設(shè)定點(diǎn)從90℃提高到110℃，可以節(jié)省2%～5%的燃油，CO減少20%，HC減少10%。在智能控制式冷卻系統(tǒng)中，執(zhí)行器為冷卻水泵和節(jié)溫器，一般由電動(dòng)水泵和液流控制閥組成，可根據(jù)要求調(diào)整冷卻量。增設(shè)電控導(dǎo)風(fēng)板；實(shí)現(xiàn)上述三者聯(lián)合控制，即冷卻系統(tǒng)的智能控制。從靈敏性、可靠性、以及發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性考慮出發(fā)，應(yīng)使節(jié)溫器、保溫簾和冷卻風(fēng)扇實(shí)現(xiàn)多元聯(lián)合控制，即將傳統(tǒng)的冷卻風(fēng)扇改為電控冷卻風(fēng)扇。為解決發(fā)動(dòng)機(jī)在特殊情況下過(guò)熱的問(wèn)題，現(xiàn)在的冷卻系統(tǒng)體積較大，導(dǎo)致冷卻效率降低，增大了冷卻系統(tǒng)的功率需求，延長(zhǎng)了發(fā)動(dòng)機(jī)暖機(jī)時(shí)間?，F(xiàn)在冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是解決滿(mǎn)負(fù)荷時(shí)的散熱問(wèn)題，因而部分負(fù)荷時(shí)過(guò)大的散熱能力將導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)功率浪費(fèi)。而且三者的動(dòng)作互不聯(lián)系，這樣工作效率比較低，燃油浪費(fèi)率高，不適應(yīng)現(xiàn)代汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展。傳統(tǒng)的保溫簾是人為控制散熱器的通風(fēng)量。節(jié)溫器、保溫簾和冷卻風(fēng)扇仍廣泛應(yīng)用于國(guó)產(chǎn)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)。汽車(chē)最終將成為集信息化、電子化和智能化的應(yīng)用載體。汽車(chē)的動(dòng)力傳動(dòng)總成、底盤(pán)、車(chē)身系統(tǒng)和信息通訊都在向智能化、可操作化方向發(fā)展。電子控制元件具有結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高、耗電量少、適應(yīng)性好、成本較低等優(yōu)點(diǎn)，用智能電控代替機(jī)械在控制上的改進(jìn)成效顯著。汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展日益受到節(jié)能、環(huán)保、安全三方面越來(lái)越高的要求。汽車(chē)的技術(shù)性能已上了一個(gè)新的臺(tái)階，使其可靠性、動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、安全性舒適性和環(huán)保性都有了很大提高。 汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)智能控制的研究意義汽車(chē)電子化是現(xiàn)代汽車(chē)發(fā)展的重要標(biāo)志。這樣，該系統(tǒng)的正常工作溫度范圍提高到95℃～105℃。新的冷卻水強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)，就是采用壓力蓋提高系統(tǒng)壓力，以提高冷卻水的沸點(diǎn)。所謂汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作溫度范圍，對(duì)于不同的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)有不同的規(guī)定。同時(shí)在改進(jìn)傳統(tǒng)冷卻系統(tǒng)，進(jìn)行智能化控制的過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)的工作溫度極為重要，也是論文研究的重點(diǎn)之所在。目前影響汽車(chē)?yán)鋮s系統(tǒng)的因素有：發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部摩擦損失，冷卻系統(tǒng)消耗的功率，燃燒邊界條件，如燃燒室溫度、充量密度、充量溫度。 本課題提出的原因冷卻系統(tǒng)作為汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的輔助系統(tǒng)在汽車(chē)運(yùn)行過(guò)程中起著舉足輕重的作用。如果冷卻過(guò)強(qiáng)，汽油機(jī)混合氣形成不良，機(jī)油被燃油稀釋?zhuān)裼蜋C(jī)工作粗暴，散熱損失和摩擦損失增加，零件的磨損加劇，也會(huì)使內(nèi)燃機(jī)工作變壞。汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻必須適度。 sensor目錄第一章 緒論 1 課題研究的背景及意義 1 汽車(chē)?yán)鋮s系統(tǒng)的重要性 1 本課題提出的原因 1 汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)智能控制的研究意義 2 現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)和國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 3 課題研究的主要內(nèi)容 4第二章 冷卻系統(tǒng)對(duì)汽車(chē)性能的重要影響 6 引言 6 6 冷卻水溫度對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性和使用壽命的影響 11第三章 車(chē)用傳感器 14 引言 14 車(chē)用熱線(xiàn)式空氣流量傳感器 14 熱線(xiàn)式空氣流量傳感器基本原理 15 熱線(xiàn)式空氣流量傳感器的溫度補(bǔ)償原理 15 測(cè)試結(jié)果 17 結(jié)論 18 溫度傳感器 18 進(jìn)氣溫度傳感器IATS 19 水溫傳感器CTS 20 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器 20 引言 20 霍爾傳感器件 21 檢測(cè)原理 21 車(chē)輪速度的測(cè)試與校準(zhǔn) 22 結(jié)論 22第四章 智能冷卻系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì) 23 智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求、組成及原理 23 設(shè)計(jì)要求 23 系統(tǒng)組成 23 工作原理 23 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 24 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 24 模數(shù)轉(zhuǎn)換硬件設(shè)計(jì) 27 單片機(jī)的監(jiān)控及復(fù)位電路設(shè)計(jì) 30 單片機(jī)的電源設(shè)計(jì) 32 控制驅(qū)動(dòng)電路 34 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 37 主程序設(shè)計(jì) 37 數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計(jì) 38 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制程序 39 直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制程序 40第五章 總結(jié)與展望 42 42 展望 43 課題展望 43 冷卻系統(tǒng)智能控制展望 43致謝 44參考文獻(xiàn) 45第一章 緒論 課題研究的背景及意義 汽車(chē)?yán)鋮s系統(tǒng)的重要性汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)是保障發(fā)動(dòng)機(jī)正常穩(wěn)定運(yùn)行的重要輔助系統(tǒng)。 Singlechip puter。關(guān)鍵詞：冷卻系統(tǒng)；智能控制；單片機(jī)；節(jié)溫器；傳感器ABSTRACTThis subject redesigns traditional vehicle engine cooling system to avoid some abuses. Because of the bad working coordination among fan，water pump and thermostat in traditional vehicle engine cooling system，traditional controlling pattern 1imits the engine’s adaptability in different working conditions，especially engine’s working condition anomaly caused by over heat because of bad working conditions. Then the paper further researches the whole intelligent control of cooling system. The intelligent control system with singlechip puter as it’s core element will achieve selfregu1ation of the opening and shutting of fan rotational speed，electrically controlled baffle plate and thermostat along with the engine’s operating condition，according to the parameters of engine’s cooling temperature，air flow and engine’s rotational speed. To change this condition，the paper first researches the controlled factors of cooling fan, water pump，thermostat，and surveys the sensing parameters of water temperature，airflow，engine speed，which play important roles in intelligent control of cooling system. This intelligent control system can shorten engine’s preheating time，enhance thermal efficiency，strengthen the cooling system’s adaptability under engine’s different operating condition，control the cooling temperature accurately，reduce the automobile’s fuel consumption，and help to enhance the engine’s operational reliability and service life.Keywords: Cooling system。智能控制系統(tǒng)將根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水溫、空氣流量、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等參數(shù)，以單片機(jī)為智能控制核心元件，實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速、電控導(dǎo)風(fēng)板和節(jié)溫器的開(kāi)閉隨發(fā)動(dòng)機(jī)工況變化自動(dòng)調(diào)節(jié)的目的。為改變這種狀況，先對(duì)冷卻風(fēng)扇、水泵、節(jié)溫器的受控因素進(jìn)行一定研究，測(cè)量水溫、空氣流量、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等對(duì)冷卻系統(tǒng)智能控制重要的傳感參數(shù)。本科畢業(yè)論文（2010屆）題 目汽車(chē)?yán)鋮s系統(tǒng)智能控制研究學(xué) 院機(jī)械工程學(xué)院專(zhuān) 業(yè)車(chē)輛工程摘要本課題是對(duì)傳統(tǒng)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的一些弊端進(jìn)行改造設(shè)計(jì)。由于汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)傳統(tǒng)冷卻系統(tǒng)的風(fēng)扇、水泵、節(jié)溫器工作的協(xié)調(diào)性較差，傳統(tǒng)控制模式限制了發(fā)動(dòng)機(jī)在不同工況下的適應(yīng)性，尤其是在惡劣的工況下過(guò)熱導(dǎo)致的發(fā)動(dòng)機(jī)工況異常。在此基礎(chǔ)上，對(duì)冷卻系統(tǒng)整體智能控制進(jìn)一步進(jìn)行研究。該智 能控制系統(tǒng)可縮短發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱的時(shí)間，提高熱效率，增強(qiáng)了冷卻系統(tǒng)在發(fā)動(dòng)機(jī)不同工況下的適應(yīng)能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)冷卻水溫的精確控制，降低汽車(chē)的燃油消耗，達(dá)到提高發(fā)動(dòng)機(jī)工作可靠性和使用壽命的目的。 intelligent control。 thermostat。作為汽車(chē)動(dòng)力的核心的內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，與高溫燃?xì)庀嘟佑|的零件受到強(qiáng)烈的加熱，氣缸內(nèi)氣體溫度可高達(dá)2200～2800K，如不加以適當(dāng)?shù)睦鋮s，會(huì)使內(nèi)燃機(jī)過(guò)熱，充氣系數(shù)下降，燃燒不正常(爆燃、早燃等)，機(jī)油變質(zhì)和燒損，金屬疲勞脆化，零件的摩擦和磨損加劇，引起內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性和耐久性全面惡化。若發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻不足，由于氣缸充氣量減少和燃燒不正常發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降，且發(fā)動(dòng)機(jī)零件也會(huì)因?yàn)闈?rùn)滑不良而加速磨損。因此，冷卻系統(tǒng)的任務(wù)就是使工作中的發(fā)動(dòng)機(jī)得到適度冷卻，從而保持在最適宜的溫度范圍內(nèi)工作，選擇設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)睦鋮s型式并提高冷卻的效率也成為發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵[1]。冷卻系統(tǒng)的主要作用便是保證發(fā)動(dòng)機(jī)在正常的溫度范圍內(nèi)工作，并且冷卻系統(tǒng)的正常工作與否還關(guān)系著汽車(chē)的燃油經(jīng)濟(jì)性，發(fā)動(dòng)機(jī)壽命及排放量等指標(biāo)。先進(jìn)的冷卻系統(tǒng)采用系統(tǒng)化、模塊化設(shè)計(jì)方法，統(tǒng)籌考慮每項(xiàng)影響因素，使冷卻系統(tǒng)既保證發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作，又提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率和減少排放。 汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)在工作中，由于受季節(jié)變化、天氣溫度變化、使用維護(hù)狀況、工作負(fù)荷的變化等因素的綜合影響，很容易出現(xiàn)冷卻水溫度偏離正常工作范圍的異常現(xiàn)象。老式的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻散熱系統(tǒng)，因散熱器強(qiáng)度和壓力蓋設(shè)計(jì)壓力的限制，冷卻系統(tǒng)內(nèi)部壓力和外部大氣壓力相差不大，在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，水的沸點(diǎn)為10℃，認(rèn)為80℃90℃是發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作溫度:而研究表明，通常提高發(fā)動(dòng)機(jī)的水溫有利于提高熱效用和機(jī)械效率，降低排放污染，增強(qiáng)冷卻效果?？蓪⒗鋮s水的沸點(diǎn)提高到110℃左右。在日常使用中，傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)也會(huì)常出現(xiàn)預(yù)熱緩慢、過(guò)熱等現(xiàn)象。近十幾年來(lái)，汽車(chē)工業(yè)最大的成績(jī)就是汽車(chē)電子信息化的普及應(yīng)用。汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)智能化控制也是在這一背景下實(shí)現(xiàn)的。各種越來(lái)越嚴(yán)格的法規(guī)迫使設(shè)計(jì)者開(kāi)發(fā)新一代的汽車(chē)時(shí)，能使作為汽車(chē)“心臟”的發(fā)動(dòng)機(jī)盡可能在最佳工況范圍內(nèi)工作，但是單純?cè)跈C(jī)械上的改進(jìn)與完善似乎效果不太明顯，這些改進(jìn)使機(jī)構(gòu)變得更復(fù)雜，而且再次改進(jìn)收效甚微。目前，汽車(chē)電子化智能控制已經(jīng)成為不可逆轉(zhuǎn)的潮流。未來(lái)幾十年汽車(chē)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)就其本質(zhì)而言，是汽車(chē)電子化的競(jìng)爭(zhēng)。由于傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)屬于被動(dòng)式的，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且成本低。傳統(tǒng)的節(jié)溫器控制冷卻液大小循環(huán)的路線(xiàn)，節(jié)流損失大，工作不可靠，工作效率低，不能根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱要求準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)冷卻系統(tǒng)的散熱能力。傳統(tǒng)的冷卻風(fēng)扇由發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸驅(qū)動(dòng)，其冷卻能力只能隨發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的變化而變化，不能滿(mǎn)足實(shí)際散熱要求。智能控制式冷卻系統(tǒng)可彌補(bǔ)目前冷卻系統(tǒng)的不足。這對(duì)輕型車(chē)輛來(lái)說(shuō)尤為明顯，這些車(chē)輛大多數(shù)時(shí)間都在市區(qū)內(nèi)部分負(fù)荷下行駛，只利用部分發(fā)動(dòng)機(jī)功率，引起冷卻系統(tǒng)較高損耗。智能可控式發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)一般包括傳感器、執(zhí)行器和電控模塊。將傳統(tǒng)的節(jié)溫器改為電控節(jié)溫器。它可以根據(jù)行車(chē)速度、大氣環(huán)境溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水溫度的變化對(duì)冷卻系統(tǒng)的冷卻能力進(jìn)行自動(dòng)控制，以實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)快速預(yù)熱，大量減少發(fā)動(dòng)機(jī)的傳熱損失和功率損失。溫度傳感器為系統(tǒng)的一部分，可迅速把發(fā)動(dòng)機(jī)的熱狀態(tài)傳給控制器。穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，金屬溫度比傳統(tǒng)冷卻系統(tǒng)的高10℃，智能控制式冷卻系統(tǒng)具有較快的響應(yīng)能力，可將冷卻溫度保持在設(shè)定點(diǎn)的177。從110℃下降到100℃只需2s。作為汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)重要組成部分之一的冷卻系統(tǒng)經(jīng)智能控制改造后，取得了良好的使用效果?？偨Y(jié)上述可知采用單片機(jī)控制汽車(chē)?yán)鋮s系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)： 各硬件協(xié)調(diào)工作，工作效率高； 電子元器件具有體積小，耗能少，拆裝方便的特點(diǎn)； 操作方便，各方面系能參數(shù)可調(diào)，能根據(jù)不同的工況對(duì)冷卻系統(tǒng)工作狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確的調(diào)節(jié)，減少了人為調(diào)節(jié)的誤差； 切合當(dāng)今世界節(jié)能、環(huán)保、安全的主題。目前，大部分發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)仍屬于傳統(tǒng)的被動(dòng)系統(tǒng)，只能有限地調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)和汽車(chē)的熱分布狀態(tài)。傳統(tǒng)的冷卻系統(tǒng)中采用機(jī)械驅(qū)動(dòng)的冷卻水泵和冷卻風(fēng)扇，冷卻介質(zhì)流量取決予發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，而非發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行對(duì)冷卻量的需求，顯然無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)水溫在全運(yùn)